Elektroninen barometrinen korkeusmittari stratosfääripalloille: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tiimimme, RandomRace.ru, lanseeraa heliumpalloja. Pienet ja suuret, kameroilla ja ilman. Julkaisemme pienet pudottamaan satunnaisesti seikkailukilpailujen tarkistuspisteitä, ja suuret teemme upeita videoita ja valokuvia aivan tunnelman huipulta. Se ei ole vielä avaruus, mutta 30 km: n korkeudessa ilmanpaine on noin 1% normaalista. Ei näytä enää ilmapiiriltä, vai mitä? Vastuuni tiimissä on elektroniikka, ja haluan jakaa yhden projekteistani, joka on toteutettu tällä tehtävään.

Kuinka voimme mitata ilmapallon korkeuden? GPS: llä (useimmat niistä eivät toimi yli 18 km: n etäisyydellä) tai ilmanpainemittarilla. Tehdään sellainen mikrokortista (MCU)! Haluamme sen olevan kevyt, halpa (koska joskus menetämme anturit) ja helppo rakentaa, helppokäyttöinen. Sen pitäisi myös mitata erittäin alhaiset paineet. Laitteen tulee kirjata tietoja vähintään 5 tuntia peräkkäin. Käytämme virtalähteenä litiumakkua mistä tahansa vanhasta matkapuhelimesta. Vaatimusten perusteella olen valinnut Maple Mini -levyn, joka perustuu n ARM -mikrokontrolleriin (STM32F103RC), jossa on USB -liitäntä, 128 Kb sisäistä muistia, mikä riittää sekä MCU -laiteohjelmistolle että kerätylle datalle. Valitettavasti (tai onneksi?), LeafLabs ei enää tuota levyjä, mutta niiden klooneja löytyi kiinalaisista verkkokaupoista vain pari dollaria. Lisäksi meille lahjoitettiin useita MS5534 -ilmanpaineantureita, jotka kykenivät mittaamaan 0,01… 1,1 bar. Se riittää enemmän tai vähemmän 30 km korkeuteen.

Laite on melko helppo valmistaa, tarvitset vain joitain juotostaitoja ja -työkaluja (ei tarvitse juottaa todella pieniä osia) ja tietokoneen perustiedot. Täältä löydät github -arkiston, joka sisältää sekä Eagle -muotoisen PCB -suunnittelun että laiteohjelmiston.

Vaihe 1: Tarvittavat osat

• Maple Mini MCU -levyn klooni
• 4*1 2,54 mm (0,1 ") nastarivi (toimitetaan yleensä MCU -kortin mukana)
• 1S LiPo -akku. Vanhojen kännyköiden tai toimintakameran akut sopivat täydellisesti.
• 1S LiPo -laturikortti
• Barometrinen anturi MS5534
• MS5534 murtokortti
• 1N5819 Schottky -diodi tai vastaava
• JST RCY letit, 1*naaras, 2*uros
• Tyhjä alumiininen olutölkki
• lämpökutistusputki D = 2,5, 5 mm (0,1 ") mitä tahansa väriä
• lämpökutistusputki D = 20 mm (0,8 "), läpinäkyvä

MS5534: n sijasta voit käyttää MS5540: tä, mutta se vaatii toisen erotuslevyn. Voit tehdä sen itse käyttämällä EagleCADia tai KiKadia tai mitä haluat. Voit myös juottaa anturin suoraan johdoilla, jos sinulla on tarpeeksi juotostaitoja.

Tarvittavat työkalut:

• Säännöllinen työkalusarja juottamiseen
• Sakset ja terät
• Lisävarusteena juotospuhallin. Jos sinulla ei ole sitä, voit käyttää sen sijaan juotinta ja tupakansytyttintä.
• joitakin tavallisia 1-napaisia naaras-naarasjohtoja
• pari ylimääräistä kosketustappia
• STM32 -demokortti, jota käytetään MCU -vilkkulaitteena. Käytin NUCLEO-F303RE: tä, mutta mitä tahansa STM32 Nucleo64- tai Nucleo144-levyjä voidaan myös käyttää.

Vaihe 2: Juotosanturi katkaisulaudalle

Ensinnäkin sinun on juotettava anturi katkaisulaudalle. Käytä juotospastaa ja juotospuhaltimen juotosrautaa, jos sinulla on niitä. Jos ei, voit tehdä sen tavallisella juotosraudalla ja juotoksella. Kun olet valmis, leikkaa neljä nastaista riviä ja kaksi lankakappaletta, noin 4 cm. Juotos ne toisessa kuvassa esitetyille aukkoille - nastat + ja - tulee kytkeä johtoihin, 4 muuta niiden välille - nastariville. Tappien on oltava katkaisun alareunassa.

Vaihe 3: Muun laitteen juottaminen

Anturikortti ja MCU -bard on pinottava päälle ja anturi on sijoitettava MCU -sirun päälle

Liitäntäkaavio näkyy ensimmäisessä kuvassa. Ja tässä kaikki liitännät:

• Katkaisutappi "+" on kytketty MCU -kortin nastaan "Vcc"
• Katkaisutappi "GND" on kytketty MCU -kortin nastaan "GND"
• Murtotapit "8", "9", "10", "11" on kytketty saman numeroisiin MCU -kortin nastoihin.
• JST RCY Maleblack -johto on kytketty toiseen MCU -kortin "GND" -tapaan
• JST RCY Uros punainen johto on kytketty diodianodiin
• Diodikatodi on kytketty MCU -kortin "Vin" -tappiin

Ennen kuin liität JST -letin, älä unohda laittaa palaa ohutta lämpöjousitusputkea punaisen langan päälle.

Viimeinen asia - diodi on eristettävä lämpökutistusputkella. Vedä se vain diodin päälle ja lämmitä sitten juotospuhaltimella - suositeltu lämpötila on noin 160C (320F). Jos sinulla ei ole tuuletinta, käytä vain kynttilää tai savukkeensytytintä, mutta ole varovainen sen kanssa.

Vaihe 4: Akku ja laturi

Tehdään laitteelle virtalähde ja laturi. Naaraspasta tulee juottaa akkuun. Punainen johto "+": een, musta "-". Suojaa liitäntä tipalla lämpöliimaa, laastarilla teippiä tai eristysteipillä - valintasi mukaan.

Urospuolinen letti on juotettava laturilevyyn - punainen johto "B+" -, musta "B-". Kiinnitä kortti lämpökutistusputkella, ja nyt voit kytkeä laturin akkuun ja laturin mihin tahansa USB -virtalähteeseen tai tietokoneporttiin. Punainen LED -valo osoittaa, että lataus on käynnissä, vihreä - täysin ladattu akku. Levy saattaa lämmetä latauksen aikana, mutta ei liikaa.

Vaihe 5: Laitteen vilkkuminen

Laitteen salama edellyttää, että asennat jonkin ohjelmiston. Windowsissa voit käyttää alkuperäistä sovellusta st.com -sivustosta. Valitettavasti sinun on rekisteröidyttävä täällä.

Linuxissa tai Macissa (no, Windowsissa se on myös mahdollista), voit käyttää OpenOCD: tä. Löydät asennus- ja käyttöohjeet heidän sivustoltaan.

Nyt voit ladata laiteohjelmiston.

Laitteen valmistelemiseksi vilkkumaan sinun on juotettava väliaikaisesti vielä kaksi nastaa MCU -kortin koskettimiin 21 ja 22.

Laitteen yhdistäminen vilkkulaitteeseen:

• avaa molemmat hyppääjät Nucleo (valkoinen) -kortin CN2 -liittimestä. Tämä mahdollistaa piirilevyn salaman ulkoisille laitteille.
• liitä MCU -nasta 21 Nucleo CN4 -liittimen nastaan 2
• kytke musta akkujohto Nucleo CN4 -liittimen nastaan 3
• liitä MCU -nasta 22 Nucleo CN4 -liittimen nastaan 4
• liitä sekä laite että Nucleo -kortti tietokoneeseen USB -kaapelilla.

• päivitä laiteohjelmisto (Windows)

  • Suorita STM32 ST-LINK Utility
  • Valitse Tiedosto -> Avaa tiedosto… -> avaa ladattu laiteohjelmisto
  • Valitse Target -> Option Bytes…, valitse Read Out Protection: Disabled. Napsauta Käytä
  • Valitse Kohde -> Ohjelmoi ja vahvista, napsauta Käynnistä

• päivitä laiteohjelmisto (Linux ja Mac)

  • Lataa ja asenna OpenOCD.
  • suorita komento

openocd -f interface/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; reset stop; stm32f1x unlock 0; program baro_v4.hex; shutdown"

Se siitä!

Vaihe 6: Laitteen käyttö

Jos kaikki on tehty oikein, olemme valmiita käyttämään laitetta. Korkeusmittarissa on kolme tilaa:

Poista tiedot

Kytke laitteeseen virta USB -liitännän tai punaisen akkuliittimen kautta. Paina painiketta (kauimpana USB-liittimestä) ja pidä sitä painettuna 2-3 sekuntia. Sinisen LED -valon pitäisi alkaa vilkkua hyvin nopeasti ja vilkkua edelleen, kunnes kaikki tiedot on poistettu.

Tietojen kirjaaminen

Liitä laite akkuun punaisella liittimellä. Sininen merkkivalo vilkkuu usein muutaman sekunnin ajan ja vilkkuu sitten kerran sekunnissa. Aina kun se vilkkuu, datanäyte kirjoitetaan laitteen sisäiseen muistiin. Laite voi tallentaa jopa 9 tuntia mittauksia.

Tietojen lukeminen

Irrota akku ja kytke laite tietokoneeseen USB -kaapelilla. Muutaman sekunnin vilkkumisen jälkeen se vilkkuu kahdesti sekunnissa. Tämä on tietojen lukutila. Laite tunnistetaan flash -asemaan nimeltä BARO_ELMOT. Asema ei ole kirjoitettava, voit vain lukea siitä tietoja. Tiedostonhallinnasta löydät kaksi tiedostoa laitteesta - ensimmäinen on nimeltään LEFT_123. MIN. Tämä on väärennetty tiedosto, se ei sisällä mitään tietoja, mutta "123" tarkoittaa, että on vielä tilaa 123 minuutin tiedonkeruulle. Toinen tiedosto, BARO. TXT, sisältää todellisia kerättyjä tietoja, eli sarkaimella erotetun tekstin - otsikon ja sitten datarivit. Tämä muoto voidaan helposti tuoda MS Exceliin tai mihin tahansa muuhun laskentataulukkosovellukseen, mukaan lukien Google Sheets. Celsius, Ilmanpaine (P) mbaareina ja karkea korkeusarvo (A) metreinä merenpinnan yläpuolella. Huomautus! "A" -arvot ovat todella karkeita, voit laskea korkeuden itse painetiedoista. Katso lisävaiheet.

Vaihe 7: Laitteen testaus

1. Liitä akku laitteeseen. LEDin pitäisi alkaa vilkkua.
2. Pidä käyttäjäpainiketta painettuna. 2-3 sekunnin kuluttua LED syttyy nopeasti. Vapauta painike. Pidä viileänä, älä irrota akkua. Tietoja poistetaan.
3. Hetken kuluttua LED alkaa vilkkua kerran sekunnissa.
4. Pidä laite päällä vähintään 30 sekuntia.
5. Irrota akku
6. Liitä laite tietokoneeseen USB -kaapelilla.
7. Laite näkyy pienenä, vain 3 Mt: n flash -asemana. Avaa BARO. TXT -tiedosto millä tahansa tekstieditorilla.
8. Tarkista, sisältävätkö sarakkeet T ja P kohtuullisia tietoja - yleensä noin 20-30 T: lle, noin 1000 P.

Vaihe 8: Auringonvalonsuoja ja kutisteputki

Edellisen vaiheen jälkeen olemme varmoja, että kaikki toimii ok, nyt meidän pitäisi purkaa vilkkuvia tappeja, koska emme tarvitse niitä enää. Lisäksi on parempi leikata tarkasti tapit, jotka yhdistävät anturin ja MCU -levyn, muuten ne voivat puhkaista laitteen ulomman muovisuojuksen.

Projektissa käytettyä anturia ei saa altistaa suoralle auringonvalolle. Teemme suojakilven alumiinisesta olutpullosta. Ehdottomasti, jos olet edistynyt jo niin pitkälle, olet ansainnut sen köyhän tölkin sisällön. Leikkaa saksilla pala alumiinia, jonka koko on noin 12*12 mm (0,5 "*0,5"). Taivuta sen kaksi vastakkaista puolta pihdeillä, jotta saat pienen "lokeron" 7*12*2,5 mm (0,28 "*0,5"*0,1 "). Leikkaa taivutuksen jälkeen 1,5 mm: n raidat taivutetuilta sivuilta, jotta lokerosta tulee hieman matalampi, noin 1 mm korkea.

Aseta lokero anturin päälle. Huomaa - se ei saa koskea yhteystietoihin! Aseta sitten laite lokeron kanssa lämpökutistusputkeen (hieman pidempi kuin levy) ja lämmitä se hyvin, mutta varovasti juotospuhaltimella (tai tupakansytyttimellä). Tarkista uudelleen, jos alumiinisuojus ei kosketa anturin koskettimia.

Vaihe 9: Tiede

Nyt meillä on laite käyttövalmis. Se mittaa lämpötilan ja ilmanpaineen. Ja myös arvioi karkeasti korkeuden. Valitettavasti paine riippuu korkeudesta hyvin ei-triviaalilla tavalla, voit lukea siitä wikipediasta. Miten laskemme ilmapallon korkeuden tarkemmin? Yksi tapa on käyttää vuoden 1976 vakiolämpölaskuria. Laitteesi sisältää samat mallitiedot, mutta ei kovin tarkkoja laitteen muistin rajoitusten vuoksi. Käyttämällä barometrin tietoja ja laskinta voit laskea korkeuden paljon paremmin kuin se itse. Ottaen huomioon myös ilmapallon laukaisukohdan sääolosuhteet (tietysti, joka on tallennettu samalle korkeusmittarille aivan alussa) ja laukaisupisteen korkeus löydät lämpötilan muutoksen ja ilmanpaineen korjauksen ja. Sitten samaa laskinta käyttämällä voit laskea kaiken vielä paremmin. Joillakin laskentataulukkotaidoilla voit myös tehdä käynnistysdatakaavioita.

Runner Up in Space Challenge